دیگ موتورخانه چیست؟

دیگ های موتورخانه مخازن پر فشاری هستند که برای گرم کردن آب یا تولید بخار طراحی شده اند که می توانند برای گرمایش محیط یا گرم کردن آی گرم مصرفی ساختمان استفاده شوند. در گرمایش اغلب مجتمع های تجاری، منبع گرمای دیگ موتورخانه مشعل هایی هستند که با سوختن گاز طبیعی کار می کنند. همچنین می توان از مشعل هایی گازوئیلی یا با سوخت مازوت(به ندرت) نیز استفاده کرد. در برخی مصارف تاسیسات گرمایشی، استفاده از بخار ترجیح داده می شود. مانند: سیستم های سرمایش جذبی ، آشپزخانه ها، رخت شویی ها، ضدعفونی کننده ها و تجهیزاتی که با بخار کار می کنند.

دیگ های موتورخانه قابلیت هایی دارند که باعث شده است بخش اصلی و متداول ساختمان ها باشند. دیگ ها عمر طولانی دارند و راندمان دیگ می توانند به راندمان ۹۵% و بالاتر دست یابند، روش های مؤثری را برای گرمایش ساختمان فراهم می کنند و در سیستم های بخار به انرژی پمپاژ خیلی ناچیز و یا صفر احتیاج دارند. اما سوخت ممکن است میزان قابل توجهی هزینه را در بر داشته باشد و نگهداری منظم نیز توسط مهندس تاسیسات الزامی است و اگر به تاخیر بیفتد هزینه تعمیر و نگهداری موتورخانه می تواند زیاد باشد.

دیگ های موتورخانه اغلب بزرگترین مصرف کننده های انرژی در ساختمان هستند. هرسالی که از سیستم دیگ مراقبت نشود، هزینه های آن تقریبا ۱۰% افزایش می یابد. بنابراین توجه به اجرا و نگهداری دیگ توسط پیمانکار نگهداری موتورخانه می تواند شروع خوبی برای کاهش مصرف انرژی و هزینه باشد.

طرز کار دیگ ها

هر دو نوع دیگ موتورخانه گازی و گازوئیلی برای گرم کردن آب از سوختن کنترل شده ی سوخت استفاده می کنند. اجزای حیاتی که در این فرایند مشارکت دارند شامل مشعل ، محفظه ی احتراق، مبدل حرارتی و کنترل ها می باشند.

دیگ های آتش در لوله که آب در پیرامون لوله ها قرار دارد

مشعل، سوخت و اکسیژن را باهم ترکیب می کند و به کمک یک دستگاه احتراق شرایط سوختن را ایجاد می کند. این سوختن در یک محفظه ی احتراق اتفاق می افتد وگرمای تولید شده به آب مبدل حرارتی منتقل می شود. کنترل ها فرایند احتراق، میزان اشتعال مشعل، سوخت لازمه، میزان هوای لازم، دمای آب، فشار بخار و فشار دیگ های موتورخانه را تنظم می کنند.

آب گرم تولید شده توسط دیگ، از درون لوله ها پمپاژ می شود و به تجهیزات ساختمان می رسد که می تواند شامل کویل آب داغ در فن کویل ها ، تجهیزات گرمایشی آب داغ و سیستم های حرارتی باشد. دیگ های بخار ، بخار تولید می کنند که بدون نیاز به منبع انرژی خارجی مانند پمپ، از طریق لوله ها از مناطق پرفشار به مناطق کم فشار جاری می شوند. بخار مصرفی برای گرمایش می تواند به طور مستقیم برای تجهیزاتی که با بخار کار می کنند استفاده شود و یا از طریق مبدل حرارتی می تواند گرما را برای تولید آب داغ برای تجهیزات تولید کند.

در ادامه به شرح انواع مختلف دیگ ها، به جزئیات بیشتر در طراحی ویژه ی سیستم دیگ می پردازد.

دیگ ها براساس دما و فشار حین فعالیت، نوع سوخت مصرفی، روش مکش هوا، اندازه و ظرفیت و انجام تقطیر بخار آب در گاز های احتراقی ، دسته بندی می شوند. همچنین دیگ ها برخی اوقات با اجزای حیاتی شان مانند ابزار مبدل حرارتی یا طراحی لوله توصیف می شوند . این مشخصه ها در بخش های بعدی اجزای حیاتی دیگ ها شرح داده می شوند.

ارائه خدمات حرفه ای تعمیر و نگهداری موتورخانه

دو نوع اصلی دیگ موتورخانه – واترتیوب / فایرتیوب

شامل فایرتیوب Fire-Tube ( آتش در لوله، آب در پیرامون لوله) و واتر تیوب Water-Tube ( آب در لوله و آتش در پیرامون لوله) می باشد. در دیگ فولادی (فایر تیوب)، گاز های داغ احتراق در مجموعه ای از لوله ها که با آب احاطه شده اند جاری می شوند. متقابلا در دیگ واتر تیوب، آب در لوله هایی جاری می شوند که گاز های داغ حاصل از احتراق در بیرون لوله ها جریان دارند.

دیگ فولادی چیست ؟

دیگ های فولادی معمولا برای بخار کم فشار یا مصرف آب داغ استفاده می شوند و در دامنه سایز های ۵۰۰۰۰۰ تا  ۷۵۰۰۰۰۰۰ BTU در دسترس اند. دیگ های فولادی اصولا درمصارف بخار فشار بالا و به طور گسترده برای مصارف گرمایشی استفاده می شود. دامنه تغییرات سایز از ۵۰۰۰۰۰ تا بیش از ۲۰۰۰۰۰۰۰ BTU متغیر است.

دیگ چدنی چیست ؟

دیگ های چدنی که به صورت مقطعی چدنی هستند نوع دیگری از دیگ موتورخانه محسوب می شوند که درگرمایش مکان های تجاری کاربرد دارند. این دیگ ها از لوله استفاده نمی کنند اما در عوض دارای مقاطع چدنی با راهرو آب و گاز احتراقی هستند. بخش های چدنی به هم پیچ و مهره شده اند و به رادیاتور بخار شبیه اند. این بخش ها توسط واشر نسوز به یکدیگر متصل شده اند. این دیگ ها برای تولید بخار یا آب گرم استفاده می شوند و در اندازه های ۳۵۰۰۰ تا ۱۴۰۰۰۰۰۰ BTU در دسترس اند.

مزایا و معایب دیگ چدنی

دیگ های چدنی بسیار مفید اند چرا که می توانند در محل زیر ساختمان گرد آوری شوند و از طریق در ها و درگاه های کوچک تر عبور داده شوند. مهم ترین اشکال آن ها این است که به دلیل اتصال بخش ها به وسیله ی واشر هنگام کهنه شدن واشر و یا آسیب دیدن با واکنش های شیمیایی ،مستعد نشتی هستند. از دیگ های چدنی معروف در ایران میتوان به دیگ چدنی شوفاژکار و دیگ چدنی M.I.3 ساخت شرکت لوله و ماشین سازی ایران اشاره نمود.

در مورد مزایا و معایب دیگ های چدنی به اختصار میتوان گفت که حمل و نقل آسان به دلیل پره ای بودن از مهم ترین ویژگی های آنهاست. ولی تحمل آنها در مقابل فشار حاصل از ارتفاع ساختمان پایین است. مدل استار ۱۳۰۰ شوفاژکار در بین محصولات این شرکت تحمل قابل قبولی در مقابل فشار دارد.

دیگ چدنی پره ای

دما و فشار حین فعالیت

دیگ های موتورخانه چه در دسته بندی کم فشار و چه در پرفشار باید مطابق دستور العمل های لوله های فشار و دیگ انجمن مهندسی مکانیک عمل کنند. در دیگ های کم فشار حداکثر فشار حین اجرا باید ۱۵ psig( اندازه ی پوند درهر اینچ مربع ) برای بخار و ۱۶۰ psig برای آب داغ باشد. در تأسیسات بیشتر از دیگ های کم فشار استفاده می شود. دیگ های پر فشار برای فعالیت در محدودیت های فشار فراتر از دیگ های کم فشار ساخته شده اند و عموما برای نیروگاه ها استفاده می شوند. دمای آب برای دیگ های آب داغ ۱۲۱درجه سانتی گراد می باشد.

نوع سوخت

در مجتمع های تجاری ، بیشتر از گاز طبیعی به عنوان سوخت دیگ های موتورخانه استفاده می شود چرا که معمولا به راحتی در دسترس است، پاک می سوزد و از گازوئیل و برق مقرون به صرفه تر است. بعضی دیگ های موتورخانه طوری طراحی شده اند که می توانند از بیشتر از یک نوع سوخت استفاده کنند ( معمولا گاز طبیعی و گازوئیل). دیگ های دوگانه سوز گاز اضافی را برای مواقعی که قطعی سوخت رخ می دهد فراهم می کنند. همچنین به مصرف کننده این امکان را می دهد هنگامی که میزان گاز طبیعی به اوج می رسد از سوخت نفتی (گازوئیل) استفاده کند. وقتی میزان گاز طبیعی از مقدار دیگر سوخت ها بیشتر باشد، با استفاده از سوخت ارزان تر و محدود کردن استفاده از گاز طبیعی، می توان در هزینه ی مصرف سوخت صرفه جویی کرد.

دیگ های الکتریکی در ساختمان هایی استفاده می شود که به مقدار خیلی کمی بخار احتیاج دارند و یا به گاز طبیعی دسترسی ندارند. از دیگ های الکتریکی به عنوان دیگ های تمیز، بی سرو صدا ، کم سایز و با نصب آسان یاد می شود. نداشتن فرآیند سوختن از پیچیدگی در طراحی و اجرا و نگهداری لازم می کاهد. عوامل گرم کننده در صورت خرابی می توانند به راحتی جایگزین شوند. این نوع دیگ های موتورخانه می توانند برای تولید بخار یا آب کم فشار یا پرفشار استفاده شوند و یا برای آن دسته از مصرف کنندگانی که در محدودیت قوانین انتشار گاز قراردارند می تواند گزینه ی خوبی باشد. دامنه تغییرات سایز آن ها از ۳۰۰۰۰ تا ۱۱۰۰۰۰۰۰ BTU inputمتغیر است. به طور کلی راندمان آن  ۹۲% تا۹۶% است.

روش های مکش هوا

اختلاف فشار بین محفظه ی احتراق دیگ و هواکش ( که به آن دودکش خروجی نیز می گویند) باعث ایجاد یک مکش می شود که محصولات حاصل از سوختن را در طول دیگ حمل و به سمت دودکش هدایت می کند. مکش طبیعی دیگ ها برای  خارج کردن محصولات حاصل از احتراق از طریق هواکش و هدایت هوای تازه به درون محفظه ی احتراق، به شناوری طبیعی گاز های داغ وابسته است. مکش مکانیکی دیگ های موتورخانه شامل : هوای با فشار، محلی که هوا با فشار به وسیله ی فن یا دستگاه دمنده برای حفظ فشار مثبت ، به محفظه ی احتراق وارد می شود. مکش القایی، محلی که هوا از طریق محفظه ی احتراق به وسیله فن یا دستگاه دمنده برای حفظ فشار منفی ، کشیده می شود.

اندازه و ظرفیت

دیگ های ماژولار modular از لحاظ سایز و ظرفیت کوچک اند و معمولا برای جایگزین کردن چند دیگ کوچک به جای یک دیگ بزرگ استفاده می شوند. این دیگ های modular از درگاه های استاندارد عبور می کنند و از طریق راه پله و آسانسور ها قابل حمل می باشند. این دستگاه ها در ترتیب های مختلف می توانند چیده شوند تا از مکان های کوچک بیشترین استفاده را ببریم و یا تجهیزات دیگر را در آن مکان ها جاسازی کنیم. این دیگ ها می توانند به طرز کار آمدی بار گرمایشی مورد نیاز را فراهم کنند.

دیگ چگالشی یا Condensing Boiler

دیگ های آب داغ قدیمی بدون تقطیر بخار آب از هواکش گاز عمل می کنند. این امر از خوردگی و تحلیل اجزا جلوگیری می کند. دمای آب برگشتی دیگ های تقطیر کننده هنگام فعالیت، به نسبت دیگ های قدیمی کم تر است که باعث تقطیر بخار آب خروجی از هواکش می شود. این امر دیگ چگالشی را قادر می سازد تا گرمای اضافی را از تغییر فاز بخار آب به مایع استخراج و راندمان دیگ را افزایش دهد. مقداری کربن دی اکسید در تقطیر حل می شود و به صورت کربنیک اسید در می آید. در حالی که برخی از دیگ های چگالشی برای کنترل تقطیر هایی که باعث خوردگی می شوند ساخته شده اند، ولی بقیه دیگ های موتورخانه به تجهیزاتی برای خنثی کردن تقطیر نیاز دارند. دیگ های موتورخانه سنتی که عملیات تقطیر را انجام نمی دهند اصولا در دامنه راندمان  سوختن ۷۵%-۸۶% و دیگ های تقطیرکننده در دامنه ۸۸%-۹۵% راندمان سوختن فعالیت می کنند.

اجزای اصلی دیگ موتورخانه

اجزای مهم دیگ موتورخانه شامل مشعل، محفظه احتراق، مبدل حرارتی، دودکش خروجی و کنترل ها می باشند. لوازم دیگ همچون ذخیره کننده های انرژی گاز دودکش نیز عموما به عنوان روش مؤثر برای بازیافت گرما از دیگ استفاده می شوند که در بخش های بعد به بحث کوتاهی درباره آن  می پردازیم.

دیگ هایی که با گاز طبیعی کار می کنند از یکی از دو نوع مشعل ها استفاده می کنند، مشعل اتمسفریک( مکش طبیعی) و مشعل هوای با فشار (هوای اجباری) یا مشعل برقی. عموما برای قوائد کاهش اتلاف و ثبات کیفیت هوا از مشعل های Nox (نوعی از اکسید های نیتروژن که بیشترین ارتباط با آلودگی هوا را دارند) کم و مشعل   pre-mix ( مشعل هایی که هوا و گاز قبل از فن مخلوط می شوند) استفاده می شود و حتی در برخی مناطق مورد نیاز است. برای تضمین سودمند بودن مخلوط کردن هوا و سوخت که به مشعل وارد می شود، این نوع مشعل ها می توانند کاهش نشت NOx را تضمین کنند.

دیگ تحت فشار با هوا

محفظه ی احتراق ، معولا از جنس فولاد یا چدن، جایگاه مشعل و فرآیند سوختن است. دمای داخل محفظه ی احتراق می تواند به سرعت به چندین هزار درجه برسد.

مبدل های حرارتی ممکن است از چدن ، مجموعه لوله های فولادی و در دیگ های موتورخانه کوچک تر از مس یا فولاد با روکش مسی ساخته شده باشند.

دودکش خروجی یا هواکش نوعی لوله است که گاز های داغ حاصل از احتراق را از دیگ موتورخانه به بیرون هدایت میکند. این لوله معمولا از فولاد ساخته شده است ، اما در دیگ های تقطیر کننده برای کنترل خوردگی ناشی از تقطیر باید با فولاد ضد زنگ ساخته شود. توجه کنید که دودکش خروجی تحت فشار مثبت است یا منفی. این امر طریقه ی اتصال مفاصل به یکدیگر را تعیین میکند.

کنترل های دیگ های موتورخانه به تولید منظم ، سودمند و امن آب داغ یا بخار کمک می کنند. کنترل احتراق و فعالیت، میزان مصرف سوخت را با توجه به مقدار مورد نیاز تنظیم می کند. کنترل اجرایی اصلی دمای آب داغ یا فشار بخار را نشان می دهد و سیگنال را برای کنترل میزان سوختن که در آن مقدار هوا و سوخت وارد مشعل می شوند، ارسال می کند. عموما ترتیب سوختن در مشعل به صورت روشن/خاموش ، زیاد/کم/خاموش و تدریجی است.

کنترل امنیتی دیگ های موتورخانه شامل بالا بودن دما و فشار ، بالا و پایین بودن فشار گاز/ گازوئیل ، بالا و پایین بودن سطح آب و کنترل تدابیر امنیتی شعله می باشد. این کنترل ها امنیت و محدودیت هایی که باعث شکاف مدار الکتریکی می شوند را در نظر می گیرد تا از آتش سوزی دیگ های موتورخانه جلوگیری کند. به طور مثال هنگامی که میزان فشار دیگ از محدوده ی تنظیم شده بالاتر رود، شیر سوخت برای جلوگیری از خطرات ناشی از فشار بالا بسته می شود. مسائل امنیتی در سیستم کنترل تدابیر امنیتی شعله  شامل کلید هایی برای قطع آب ، محدودیت های زیاد، کلیدهای نگهداری ثبات هوا، کنترل اجرایی و حسگر شعله می باشد. حسگر شعله اغلب شامل  میله ها  و حسگرهای اشعه ی فرابنفش و فروسرخ می باشد که برای نشان دادن وضعیت شعله و غیر فعال کردن مشعل در شرایط پرخطر و نا امن که احتراق صورت نگرفته استفاده می شود. کنترل تدابیر امنیتی شعله برای راه اندازی و چرخه ی آن در طی مراحل اجرایی ، تنظیم شده است.

ایمنی دیگ موتورخانه

تمامی تجهیزات مربوط به احتراق باید به طور صحیح فعالیت کنند تا از ایجاد شرایط پر خطر و رخ دادن فاجعه و صدمات انسانی و ساختمانی جلوگیری شود. اصلی ترین دلیل انفجار دیگ های موتورخانه، احتراق گاز های اشتعال زایی است که درون دیگ های موتورخانه انباشته شده اند. این اتفاق می تواند دلایل مختلفی داشته باشد از قبیل: سوخت، هوا و یا قطعی فرآیند احتراق به هر دلیلی، خاموش شدن شعله و انباشته شدن گاز های اشتعال زا که سبب سوختن مجدد می شوند.

درون دیگ های موتورخانه به میزان قابل توجهی انرژی ذخیزه شده وجود دارد. تغییر حالت آب با دمای بسیار بالا از مایع داغ به بخار انرژی زیادی را آزاد می کند. (در حقیقت آب گرم پر فشار، میتواند در فشار اتمسفر به بخار تبدیل شود. به این پدیده فلشینگ میگویند) به طور مثال ۱ فوت مکعب از آب هنگامی که به بخار تبدیل می شود به اندازه ۱۶۰۰ فوت مکعب منبسط خواهد شد. بنابراین اگر شما بتوانید همه ی انرژی حاصل از انفجار ۳۰ گالن آب گرم خانگی در دمای ۱۶۶ درجه ی سانتیگراد را به دام بیندازید ، شما نیروی لازم برای پرتاب یک ماشین با وزن متعادل (۱.۱۳ تن) تا ارتفاع ۱۲۵ فوت را با شتاب اولیه ۸۵ مایل بر ساعت خوهید داشت. این ارتفاع معادل ارتفاعی بیش از یک ساختمان ۱۴ طبقه است .

ایمنی دیگ های موتورخانه هدف اصلی هیئت ناظرین دیگ و لوله های فشار است. آن ها به این نتیجه رسیده اند در رده اول دلیل صدمات وارد شده، خطاهای اجرایی و نگهداری موتورخانه ساختمان بوده است که این امر اهمیت داشتن یک پیمانکار تاسیسات متخصص مجرب تعمیر و نگهداری موتورخانه را نشان می دهد.

بر اساس توصیه ی سازندگان ، دیگ ها باید به طور منظم بازرسی شوند. عدم نقص لوله فشار، چک کردن و اطمینان از امنیت شیر ها، دستگاه های قطع جریان آب و شناور بودن صحیح ، مقیاس ها و میزان سطح آب باید همگی بررسی شوند. مشعل و سوخت سیستم دیگ ، برای اطمینان از صحیح و کارآمد بودن فعالیت ، انتقال گرما و بررسی اشتعال صحیح، به رسیدگی و نگهداری صحیح احتیاج دارند.

بهترین روش های برای افزایش راندمان دیگ موتورخانه

درصد انرژی گرمایی که در سوخت ذخیره و توسط سیال مورد استفاده ی دیگ به دام انداخته شده است ( مثلا آب) ، با راندمان احتراق دیگ تعیین می شود. دست یابی به راندمان احتراق ۸۰% و بیشتر در دیگ های آب داغ و دیگ های بخار کم فشار در مجتمع تجاری امکان پذیر است.

هنگامی که سوخت هیدروکربنی مانند گاز طبیعی یا گازوئیل بسوزد و صرفا کربن دی اکسید تولید کند، فرآیند احتراق کامل صورت می گیرد. اگر میزان اکسیژن یا ترکیب سوخت و اکسیژن کافی نباشد، سوخت ناقص رخ می دهد و باعث تولید محصولات دیگر سوختن مانند کربن مونو اکسید و سوخت مصرف نشده می شود.

هنگامی که سوخت ناقص رخ دهد، انرژی شیمیایی سوخت به طور کامل به گرما تبدیل نمی شود و راندمان احتراق را کاهش می دهد. این امر باعث ایجاد دغدغه و نگرانی امنیتی می شود که ممکن است  سوخت مصرف نشده در دودکش مشتعل و سبب انفجار شود. دیگ ها باید برای دست یابی به سوختن کامل تنظیم شوند. یک استراتژی برای تضمین سوختن کامل تأمین کردن مقدار اضافی از هواست. همانطور که در ادامه نشان داده شده است مقدار کمی از هوای اضافی باعث افزایش راندامان احتراق و اما مقدار زیاد آن باعث کاهش راندمان می شود.

راندمان احتراق در مقابل هوای اضافی

برای بالا رفتن راندمان کلی دیگ، گرمای آزاد شده از فرآیند احتراق باید به طور صحیح به درون سیال مورد استفاده منتقل شود. هر گرمایی که به سیال منتقل نشود از طریق بدنه دیگ یا گاز دودکش از دست می رود. دمای گاز درون دودکش نشانگر خوبی برای فرآیند انتقال گرما و در نتیجه راندمان می باشد. محدودیت های عملی برای میزان کم بودن دمای دودکش وجود دارد. دمای آن از سیال مورد استفاده در دیگ بیشتر خواهد بود. در دیگ هایی که تقطیر انجام نمی دهند باید دما به اندازه ای بالا باشد که بخار آب در دودکش خروجی تقطیر نشود و سطح انتقال گرما را در تقطیری که باعث خوردگی می شود پاک کند . دیگ های چگالشی که از گاز طبیعی استفاده می کنند با لوازمی ساخت و طراحی شده اند که در مقابل خوردگی مقاوم اند. و همچنین دمای دودکش آن ها می تواند کمتر از ۶۵.۵ درجه ی سانتیگراد باشد. به دام انداختن گرمای تقطیر راندمان را به بیش از ۹۰% می رساند.

چارت راندمان احتراق برای گاز طبیعی

تصویر ۶ چارت راندمان احتراق برای سوخت گاز طبیعی با نیروی برق است که رابطه ی هوای اضافی و دمای گاز دودکش را با راندمان احتراق نشان می دهد. به عنوان مثال با دنبال کردن خط Step 1 در نمودار، میزان اکسیژن ۹% در گاز دودکش (همانطور که در نمودار مشاهده می شود معادل تقریبا ۶۷% هوای اضافی) و ۵۰۰ درجه ی فارنهایت افزایش دمای گاز دودکش، راندمان احتراق متناظر حدود ۷۶.۵ % مشاهده می شود. در همان افزایش دمای گاز دودکش به میزان ۵۰۰ درجه ی فارنهایت ، در خط Step 2 نشان می دهد که کاهش اکسیژن در گاز دودکش به ۲% باعث افزایش راندمان احتراق و رساندن آن به حدود ۸۱.۵ % می شود. هرچه درصد اکسیژن در گاز دودکش کمتر باشد ، گرمای کمتری به اکسیژن اضافی منتقل می شود  و در نتیجه راندمان سوخت افزایش پیدا می کند. هرچه راندمان بیشتر شود ، گرمای بیشتری به جای انتقال به گاز دودکش ، به آب ورودی منتقل خواهد شد و بنابراین دمای گاز دودکش کاهش می یابد.

استفاده از کنترل دیگ برای بهینه سازی نسبت هوا-سوخت Air Fuel Ratio

برای اطمینان از سوختن کامل ، هوای اضافی برای مشعل مطرح می شود. اما مقدار بیش از حد باعث گرم شدن بیش از اندازه هوا و خروج از هواکش دیگ ، کاهش راندمان دیگ و ایجاد مشکلات امنیتی خواهد شد.  وقتی دیگ میزان شده باشد، هدف آن به حداکثر رساندن راندمان احتراق با تأمین کردن هوای اضافی به طور دقیق و به میزان کافی برای سوختن کامل است اما نه بیش اندازه ی لازم که راندمان را کاهش دهد. چه میزان هوای اضافی برای سوختن کامل لازم است؟ این میزان در طراحی ها و شرایط مختلف دیگ و مشعل و مقدار های مختلف اشتعال مشعل ، متفاوت است اما معمولا بین ۲-۳ درصد می باشد. هوای اضافی همچنین باید با نوسانات دما، چگالی و رطوبت هوای احتراق دیگ در طول روز و فصل سازگار شود. مطلوب است که میزان هوای اضافی را در کل محدوده ی اشتعال ثابت نگه داریم.

به یاد داشته باشید که سوختن کامل برای تضمین کردن فعالیت کارآمد دیگ های موتورخانه مسئله ای حیاتی است. سوختن ناقص سوخت یا خام سوزی می تواند به میزان قابل توجهی تا ۱۰% یا بیشتر راندمان دیگه را کاهش دهد، در حالی که تنها ۱۰% هوای اضافی می تواند تأثیر بسزایی تا حدود ۱% بر راندمان دیگ داشته باشد.

از نشانه های سوخت ناقص می توان خروج دود ، شعله ی زرد ، خاموش شدن شعله و لوله های دیگ های موتورخانه دوده ای و سیاه شده را نام برد. برای اطمینان از بهینه شدن فرآیند احتراق بهتر است موتور دیگ های موتورخانه را سالانه تنظیم کنید. در دیگی که از گاز طبیعی استفاده می کند، معمولا حدود ۱۰% هوای اضافی برای تضمین سوختن کامل و رسیدن به حداکثر راندمان، مناسب است که متناظر ۲ الی ۳ درصد اکسیژن اضافی است. فعالیت با بیشتر از ۱۰% هوای اضافی مطلوب نیست و ممکن است باعث کاهش راندمان و انتشار بیشتر شود. بنابراین ترجیح بر این است که در کل محدوده اشتعال ، میزان هوای اضافی را در حد مطلوب حفظ کنیم. با استفاده از کنترل مشعل ها که شامل جاگذاری موازی کنترل ها، کنترل های cross-limiting و کنترل های هدایت اکسیژن می شوند، می توان به حد مطلوب دست  یافت. این نوع کنترل ها از کنترل  سنتی jackshaft  مکانیکی گزینه های بهتری می باشند. در ادامه به توضیح مختصری از انواع کنترل مشعل ها میپردازیم:

Mechanical jackshaft control : ساده ترین نوع کنترل میزان سازی مشعل می باشد و عموما در دیگ های کوچک تر استفاده می شود. همچنین به آن کنترل تک نقطه نیز می گویند چرا که نصب یک وسیله ی ارتباطی مکانیکی به تنهایی هوا و سوخت را کنترل می کند. این کنترل ها قادر به اندازه گیری جریان هوا و جریان سوخت نیستند. دامنه کنترل آن ها محدود است و زمانی که میزان هوای اضافی از حد نرمال عبور می کند این کنترل ها تحت همه شرایط و محدوده های اشتعال مختلف، امنیت فعالیت را تضمین می کنند. Slop در وسایل ارتباطی صحت و تکرار کنترل را دشوار می سازد و نیازمند نگهداری و تنظیم مداوم است.

کنترل های موازی از موتور های جداگانه برای تنظیم جریان سوخت و جریان هوا استفاده می کنند و هر یک از موتور ها را قادر می سازد تا در کل محدوده ی اشتعال دیگ تنظیم شوند. در حین نصب معمولا ۱۰ تا ۲۵ نقطه ترسیم می شود تا یک منحنی از جریان هوا و متناظر جریان سوخت ایجاد شود. نسبت هوا- سوخت می تواند در طول محدوده اشتعال متفاوت باشد تا نسبت بهینه را در شرایط مختلف اشتعال آماده کند. همچنین با استفاده از دمپرهای الکترونیکی ، این روش کنترل به میزان زیادی قابل تکرار است.

Cross-limiting controls:  معمولا در دیگ های بزرگتر استفاده می شود. کنترل هارا برای یافتن و جبران عوامل مؤثر بر نسبت بهینه هوا-سوخت اعمال می کند. جریان هوا و جریان سوخت ، برای حفظ میزان مساعد که در طول کالیبره مقدماتی تعیین شده است ، اندازه گیری و تنظیم می شوند.

کنترل هدایت اکسیژن برای اتصال با کنترل های استاندارد موازی و cross-limiting استفاده می شود. این کنترل برای حفظ مقدار ثابت از اکسیژن اضافی ، اکسیژن موجود در گاز هواکش را آنالیز و نسبت هوا- سوخت را تنظیم می کند. این کنترل ها معمولا در دیگ های بزرگ که مصرف سالانه ی سوخت آن ها زیاد است استفاده می شود  و تنها با کنترل استاندار می تواند راندمان انرژی را تا ۱ الی ۲ درصد افزایش دهد.

نمایشگرهای اندازه گیری دیگ موتورخانه

ممکن است که در سیستم ی توزیع آب گرم ، نشتی ایجاد شود. این نشتی باعث افزایش مصرف آب و انرژی سیستم و همچنین آسیب های ناشی از نشت آب می شوند.برای سیستم توزیع آب داغ و بخار باید آب جبرانی فراهم شود تا با بخار و آبی که از طریق نشتی از دست رفته است جایگزین شود. این یک راه حل آسان برای اطمینان از وجود آب دائمی در سیستم است. بهترین کار نصب یک وسیله ی اندازه گیری در خط جبرانی سیستم است. وسیله ی اندازه گیری باید هر هفته بررسی و از دست رفتن غیر منتظره ی آب سیستم چک شود.

در سیستم های بخار، بهترین کار نمایش روزانه میزان آب جبرانی است. از آنجایی که بخار از سیستم نشت می کند، وجود آب جبرانی اضافی برای جایگزینی بخار از دست رفته الزامی است. نمایش میزان آب جبرانی این اطمینان را به شما می دهد که برگشت بخار تقطیر شده را به حداکثر رسانده و به سبب آن نیاز به آب جبرانی را کاهش داده اید.

عملکرد فصلی

اگر سیستم بخار یا آب داغ برای مدتی از سال استفاده نمی شود، خاموش کردن سیستم موجب صرفه جویی و ذخیره مقدار قابل توجهی از انرژی می شود. اگر دیگ در دمای هنگام فعالیت بماند ، معادل حالت استندبای انرژی مصرف می کند. در سیستم آب داغ مصرف انرژی می تواند شامل فعالیت پمپ هم بشود.

راه اندازی چند دیگ در موتورخانه 

در مجتمع های تجاری بار دیگ در تابستان و زمستان ، شب و روز و روزهای کاری و آخر هفته  تفاوت زیادی دارد. با استفاده از یک دیگ نمی تواند به خوبی این تفاوت بار را اعمال کرد. وقتی گرمای تولید شده توسط دیگ در پایین ترین میزان اشتعال، از گرمای مورد نیاز ساختمان بیشتر شود، سیکل دیگ قطع خواهد شد. راه اندازی و قطع سیکل در دیگ اصلا کارآمد نیست چرا که در هر سیکل یک تخلیه قبل از احتراق و یک تخلیه بعد از احتراق برای هدایت گرما به بیرون از دیگ انجام می شود. همچنین در رابطه با دیگ هایی که عمل تعدیل را انجام نمی دهند، هنگامی که راندمان احتراق در بهترین حالت خود قرار دارد ، فرآیند سیکل اجازه ی فعالیت دیگ را در دیگ دوم و مقدار اشتعال ثابت نمی دهد.

اگر یک ساختمان چندین دیگ داشته باشه ، ممکن است بتوانید برای جلوگیری از سیکل مکرر از به ترتیب روشن کردن دیگ ها  استفاده کنید. اگر از دیگ هایی استفاده می کنید که تعدیل انجام نمی دهند، بهتراست به جای قطع و وصل کردن چندین دیگ که بار به آنها وارد شود ، هنگامی که ظرفیت یک دیگ تکمیل شد از دیگ بعدی استفاده کنید. از طرفی دیگر در دیگ های تعدیل کننده ، در وضعیت تقسیم بار راندمان دیگ افزایش پیدا می کند. بنابراین استفاده ی هم زمان از چند دیگ در وضعیت تقسیم بار ، از به کار بردن یک دیگ با بازده ۱۰۰% سودمند تر است. شکل شماره ی ۷ رابطه ی بین میزان اشتعال و راندمان را در دیگ های با قابلیت تعدیل استفاده ی جریان هوا و سوخت ، نشان می دهد.

راندمان به عنوان تابعی از مصرف سوخت و هوا برای تعدیل کردن در دیگ ها

و در نهایت مرتب سازی اتوماتیک دیگ ها برای عملکرد مساعد بسیار با اهمیت اند. هنگام شب و آخر هفته ها که بار ساختمان کاهش پیدا می کند ، اگر هنگام نیاز دیگ ها خاموش نشوند ممکن است سیکل دیگ افزایش پیدا کند.

حالت استند بای

اگر ساختمان شما دارای چند دیگ است باید برآورد کنید که آیا واقعا لازم است دیگ ها را در حالت استندبای قرار دهید یا خیر ( در فشار و دما )، چرا که این عمل باعث مصرف بیهوده ی انرژی خواهد شد. دیگی که در حالت استند بای قرار دارد نه تنها سیکل را قطع و وصل می کند بلکه در طول از دست رفتن تشتعشعات ، گرما را به محیط پیرامون آزاد می کند  که به میزان قابل توجهی درصد توان ورودی دیگ را هنگام کاهش میزان اشتعال ، افزایش می دهد. در مقادیر کم اشتعال مثلا هنگامی که دیگ در حالت استندبای حفظ شده است، افت راندمان می تواند به ۱۵% برسد. حفظ حالت استندبای دیگ باعث ریکاوری سریع در صورت خرابی دیگ قبلی شود اما این عمل باید با مصرف عظیم و بیهوده ی انرژی سنجیده شود. اگر در فعالیت شما نیازی به دیگ در حالت استندبای نیست و یا فقط در فصول خاصی احتیاج است، حتما باید تمامی دیگ هایی که به آن احتیاج ندارید را خاموش کنید تا از از دست رفتن انرژی جلوگیری کنید.

توالی اعمال کردن کنترل محدود کننده دیگ موتورخانه

در تأسیسات علاوه بر محدود کردن، توالی فعالیت سیستم نیز برای دست یابی به راندمان انرژی حائز اهمیت است. امروزه با کابرد عموم از سیستم های VAV (حجم متغیر) در مجتمع های تجاری ، اغلب به گرمایش و سرمایش همزمان و گرم شدن بیش از حد هوای اولیه توجهی نمی شود. اعمال کردن محدودیت های دیگ بر اساس دمای هوای خارجی ، مثلا هنگامی که دمای هوا از ۱۸.۳ درجه ی سانتیگراد بیشتر است، روش مؤثری برای جلوگیری از ایجاد این وضعیت می باشد.

دیگ های چگالشی

در دیگ های چگالشی برای فعالیت و عملکرد درست، طراحی سیستم و شرایط فعالیت سیستم بسیار حیاتی است. برای دست یابی به راندمان مساعد در دیگ های چگالشی دمای آب برگشتی معمولا باید پایین تر از ۵۴.۴ درجه ی سانتیگراد باشد. دمای بالاتر از ۵۴.۴ درجه ی سانتیگراد آب برگشتی از تقطیر گاز هواکش جلوگیری می کند و باعث می شود که راندمان دیگ تفاوتی با دیگ های سنتی نداشته باشد.

تاثیر دمای برگشتی بر راندمان دیگ های چگالشی

صرفه جویی در مصرف گاز دودکش

صرفه جویی در گاز هواکش بهترین فرصت ریکاوری گرما را ایجاد می کنند. در دودکش دیگ ضرورت مبدل های حرارتی برای انتقال گرما  از گاز دودکش به آب برگشتی یا تغذیه دیگ یا هوای احتراق وجود دارد. حتی در دیگ هایی کارایی خوبی دارند و فعالیت آن ها با دمای نسبتا پایین گاز دودکش است، یک اتاق بزرگ برای ریکاوری مقداری از گرمای گاز دودکش وجود دارد که در صورت عدم ریکاوری از دودکش بالا می رود. صرفه جویی در هدر رفتن گاز از دودکش معمولا راندمان کلی دیگ را ۳ تا ۴ درصد افزایش می دهند.

بهترین روش های نگهداری دیگ موتورخانه شوفاژ

پاکیزه نگه داشتن دیگ موتورخانه

همانطور که در مطالب قبل اشاره شد، هر نوع پسماند مانند دوده یا رسوب ، که سطح انتقال گرما ی دیگ را بپوشاند باعث کاهش راندمان و افزایش احتمال خرابی قطعات و تجهیزات  می شود. پاکسازی این سطح با توجه به توصیه های سازنده  برای طول عمر تجهیزات و حفظ عملکرد بهینه ی دیگ الزامی است. پسماندی که لوله های دیگ را می پوشاند جلوی انتقال گرما را می گیرد و دمای گاز هواکش را افزایش می دهد.اگر سوختن ناقص رخ دهد، دوده های حاصل از آن در قسمتی از لوله که احتراق رخ داده است انباشته می شود. مشابه این امر ، تصفیه ی نامناسب آب در بخش های آبی لوله ها باعث انباشته شدن رسوب دراین قسمت ها می شود. تنها یک لایه ی نازک با ضخامت ۰.۰۳ اینچ از دوده یا رسوب می تواند انتقال گرما را تا ۹/۵ درصد و یک لایه با ضخامت ۰.۱۸ اینچ تا ۶۹% کاهش دهد.

عملیات سختی گیری آب

عملیات سختی گیری آب به طور صحیح برای حفظ عملکرد مساعد دیگ ضروری است. هر عمل سختی گیری آب باید بر اساس مواد معدنی حل نشده در آب جبرانی ، درصد بازگشت تقطیر، و درصد هوا گرفتن باید به طور اختصاصی برنامه ریزی و طراحی شود. جامدات حل نشده در آب دیگ و میزان سختی آب در موتورخانه های کوچک و کم فشار باید به صورت روزانه و در موتورخانه های بزرگ و پر فشار به صورت ساعتی تست شوند. بررسی سالانه ی دیگ ها باید شامل بازرسی و آزمایش کامل برای علائم رسوب و یا خوردگی در سطوحی که با آب مجاورت دارند ، باشد.وجود حتی یک لایه ی نازک رسوب از انتقال گرما جلوگیری می کند و به موجب آن راندمان احتراق را کاهش می دهد.

سیر صعودی دمای گاز دودکش در طول هفته یا ماه معمولا نشان دهنده ی این است که در بخشی آبی یا بخش آتش سطح تبادل حرارت دیگ، ته نشینی ایجاد شده است. اگر این حالت مشاهده شود دیگ باید سریعا مورد بررسی قرار گیرد.

به حداقل رساندن زیرآب زنی دیگ موتورخانه

وجود مقادیر زیاد تجمع جامدات حل نشده ( TDS ) در آب دیگ می تواند باعث رسوب و کاهش راندمان دیگ شود. بنابراین حفظ مقدار جامدات پایین تر از حد مشخص الزامی است. هنگامی که سختی کل افزایش پیدا می کند ، احتمال ته نشینی و ایجاد رسوب بالا می رود. کشیدن آب که به آن زیرآب زنی دیگ می گویند، باید مقداری از جامدات حل نشده را حذف و مقدار  سختی کل را در پایین تر از میزانی که باعث رسوب می شود حفظ کنیم. مقادیر کم ولی ثابت و مکرر زیر آب زنی از مقادیر بالا ولی به ندرت آن بهتر است چرا که باعث حفظ انرژی، آب و مواد شیمیایی می شود. دیگ های بخار بزرگ با بار ثابت باید در جایی که مقادیر کم آب به طور مداوم از دیگ کشیده و آب جبرانی تازه تولید می شود، زیرآب زنی مداوم داشته باشند.

بررسی و تعمیر عایق بندی

عایق کاری برای لوله های تقطیر و بخار الزامی است. لوله ها، شیر ها و لوازمی که عایق کاری نشده اند باعث هدر رفتن مقدار زیادی انرژی می شوند. عایق کردن هر سطحی با دمای بالاتر از ۵۴.۴ درجه ی سانتیگراد ، معمولا اثر بخشی خوبی دارد. عایق نکردن لوله های آب داغ ، تقطیر و بخار در مکان هایی که هوا تهویه شده باشد، دو برابر هدر رفتن انرژی را در پی دارد چرا که گرمای از دست رفته از لوله ها باید با تهویه بیشتر حذف شود.

الگوی گزارشات نگهداری و چک لیست های دیگ موتورخانه

بهترین روش های نگهداری و بهره برداری دیگ با حفظ زمان بندی منظم بررسی گزارشات و چک لیست ها برای تضمین عملکرد صحیح تجهیزات شروع می شود. گزارش فشار، دمای آب و دمای گاز هواکش باید روزانه ثبت شود تا بتوان از آن ها به عنوان مرجع پایه برای عیب یابی در عملکرد سیستم استفاده کرد.اعمال بررسی ها و چک آپ های جزئی تر باید برای ارائه ی عملکرد سیستم می تواند حائز اهمیت باشد چرا که بدون این کار ممکن است طی مدتی تغییرات تدریجی در عملکرد سیستم ایجاد شود که به وضوح قابل مشاهده نباشد. راهنمایی دست یابی به راندمان عملکرد به طور مثال شامل گزارشات بررسی و نگهداری روزانه، هفتگی و ماهانه که می توانید در ساختمان اعمال کنید. در ادامه چک لیست نگهداری بر اساس روش های به کارگیری توصیه شده در این مقاله فراهم شده است.

جدول ۱ :چک لیست الگوی روزانه ی دیگ موتورخانه

جدول ۲: چک لیست الگوی هفتگی دیگ موتورخانه

جدول۳: چک لیست الگوی ماهانه ی دیگ موتورخانه

جدول ۴: چک لیست الگوی سالانه ی دیگ موتورخانه

منابع

1. Capehart, B., Turner, W. and Kennedy, W., 2006. Guide to Energy Management.
2. ASHRAE Handbook, HVAC Systems and Equipment, 2008.
3. Boiler and Heaters, Improving Energy Efficiency, Canadian Industry Program for Energy Conservation, August 2001ry 2005.  http://www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/om_combustion.pdf
4. FEMP O&M Best Practices, a Guide to Achieving Operational Efficiency, U.S. Department of Energy, August 2010.  http://www1.eere.energy.gov/femp/pdfs/omguide_complete.pdf
5. Efficient Boiler Operations Sourcebook, Fourth Edition, F. William Payne and Richard E. Thompson, 1996.
6. The Control of Boilers, 2nd Edition, Sam G. Dukelow, 1991.

Other Resources

1. The National Board of Boilers and Pressure Vessel Inspectors, http://www.nationalboard.org/default.aspx.
2. ۲۰۱۰ ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC), http://go.asme.org/bpvc10.